Основы цифровой схемотехники #1⁠⁠

Итак, продолжим погружение в г.. глубинные тайные знания :)

Для изображения электронных устройстви их узлов применяют три основных типа схем:

принципиальную, структурную, функциональную. В чем разница?

Принципиальная схема самая точная. Ее целью является возможность полного повторения устройства. Именно поэтому здесь наиболее полно указываются все используемые элементы, связи, входы и выходы микросхем и т.д. Обозначения в такой схеме жестко стандартизированны (привет ГОСТ 2.702-2011, все желающие могут самостоятельно ознакомиться)

Структурная схема самая простая. Позволяет выделить наиболее главные блоки системы и основные связи между ними. Применяется для общего представления, что вообще происходит. Часть обозначений стандартна, часть может быть произвольной.

Функциональная схема - нечто среднее между принципиальной и структурной. Фактически, часть наиболее простых блоков указывается, как в структурном виде, остальное- как на принципиальной схеме. По функциональной схеме вы сможете понять всю логику работы устройства (ага, прям всю и сразу) , но без доработки повторить его не получится.

Теперь пару слов про самые-самые нужные обозначения. Все узлы, блоки, части, элементы, микросхемы обозначают прямоугольниками. Все связи, по которым передаются сигналы, обозначают линиями. Все входы микросхем обычно рисуют слева прямоугольника, а выходы- справа. Но это не точно правило иногда нарушают для простоты и удобства рисунка.

Далее, введем еще несколько базовых понятий.

Положительный сигнал- сигнал, положительный уровень которого- логическая единица. Еще раз для самых тупеньких маленьких: есть сигнал-1, нет сигнала-0.

Понятие отрицательного сигнала попробуйте осмыслить сами :)

Активный уровень - уровень сигнала, при котором выполняется некое действие. При пассивном уровне сигнал не выполняет никакой функции.

Инвертирование - изменение уровня сигнала на противоположный.

Инверсный выход - выход, выдающий инверсный по сравнению с входным сигнал.

Прямой выход выдает сигнал такой же полярности, что и у входного.

Положительный фронт-переход сигнала из 0 в 1, отрицательный фронт -наоборот.

Передний фронт - переход из пассивного уровня в активный, задний фронт - наоборот.

Тактовый сигнал определяет своим приходом момент выполнения узлом его функции (помните, как мамка начинала ругаться, и вы тут же садились делать уроки?:) )

Ну и вспомним, что такое шина. Это группа объединенных по какому-то принципу линий передачи сигналов. (Нет, объединять по принципу "Хай буде так як хочеш ти" не стоит.) В шину, например, удобно объединять сигналы всех разрядов двоичного кода.

Посмотрим еще на кружочки, черточки, крестики и ромбики. Обозначения хорошие, писать я про них, конечно же, не буду.

Пару слов о неинформационных выводах. Сделано так просто для удобства восприятия, что данные выводы логические сигналы не принимают и не выдают.

На микросхеме так же принято обозначать значком выполняемую функцию и сокращенно указывать входные и выходные сигналы. Сами микросхемы обычно обозначаются подписью DD с порядковым номером. Например, DD1, DD2, DD3.1, DD3.2, DD4...(После точки номер элемента внутри микросхемы, т.к. иногда на схемах удобно выносить частичную функциональность за пределы одного корпуса)

Для осознания, как это все смотрится вместе, смотрим ниже:

Также не буду вас особо грузить цифро-буквенными обозначениями микросхем, просто посмотрите картинки. Я вот совсем не люблю писать, но люблю картинки. Особенно когда за меня их кто-то нарисовал :)

Обычно микросхемы разных серий легко спрягаются, так как работают со стандартизированными уровнями сигналов. Но и тут не без исключений. КМОП- микросхемы иногда требуют особого сопряжения с ТТЛ. Почему? Я решил, что тут следует вставить очень наглядную картинку от наших забугорных товарищей. (Кстати, отметьте, у них совсем другие обозначения)

Думаю, теперь станет ясно назначение резистора в следующей картинке. Он просто несколько поднимает выходной логический уровень ТТЛ, чтобы с ним могла корректно работать КМОП-микросхема.

Тут есть всякие нюансы сопряжения, но вам пока достаточно помнить, что за вас уже давно все придумали и готовую схему сопряжения всегда вам готов подсказать всемогущий гугл :)

На этом первую часть я заканчиваю, а для тех, кому интересно, сслыка на нулевую часть:

https://pikabu.ru/story/osnovyi_tsifrovoy_skhemotekhniki_0_5651718